TW201328805A - 線張力平衡控制裝置 - Google Patents

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Jui-Fang Liang
John Wen
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Accutex Technologies Co Ltd
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Abstract

本發明係為一種應用於線切割放電加工機中，線電極之線張力平衡機構，包括一組直線形力臂、一固定轉軸、一組不同配重圓及一繩輪，依槓桿原理，調整不同配重圓重量與扭力矩的匹配，與線電極拉力力矩平衡；及以彈簧的彈力力矩來平衡線電極拉力力矩，以控制線張力能保持衡定，達到減少線張力與出線速度變化波動幅度大所產生振動的功能。

Description

線張力平衡控制裝置
本發明係為一種應用於線切割放電加工機中線型刀具之線張力平衡機構，以控制線張力能保持衡定，減少線張力變化波動幅度大所產生的振動。
針對習知線切割放電加工機的線型刀具通常為可導電的線電極而言，線電極在放電加工的過程中是持續不斷的跑動，線電極的張力必須維持在適當的範圍內並儘量保持恆定，因線電極的張力變化會影響被加工件的尺寸精度，更需避免線電極張力過大時，造成斷線而使加工中斷，所以在習知的公開技術如本國新型專利第M265149、新型專利第M357332號、發明專利第I257887號等所揭露者，線電極的引導與張力控制裝置主要是組合一些大小不一的滾輪組，包括如導線輪組、收線輪組，搭配收線驅動、張力控制伺服馬達組，或者有再搭配壓線皮帶的機構，做引導線電極的送線及收線等運動及做線電極的張力控制。上述的習知技術中針對線電極的線張力大小能做相對應的控制，但因承載線電極的線軸在滿線的狀況時，依線電極的規格不同會有不同的滿線重量，例如依目前市面上的標準規格，有滿線銅線軸一綑16Kg者、10Kg者、5Kg者、3Kg者等不同，依放電加工的過程隨時間會逐漸重量減少，會影響線電極拉力的大小與出線速度，進而影響線電極張力與出線速度變化幅度過大時，則會產生線電極振動的現象，對線切割放電加工機的切割精度就會發生不良的影響。
另者則有如本國發明專利I255212號所揭露一種適用於微小線切割放電加工機之微細線張力控制機構，則主要是包括一基板、一給線線軸、一收線線軸、一盤狀磁性材料、一盤狀鋼鐵材料、一磁力大小調整機構、及一磁力大小指示器等所組合而成；以磁力大小調整機構作旋轉調整時，盤狀磁性材料底座將帶動盤狀磁性材料前進或後退，因此磁力作用的有效距離也將隨之改變，所以盤狀鋼鐵材料被盤狀磁性材料吸附的力量也隨之改變，如此，便可精密控制微細線的線張力。但此機構不適合大型的線切割放電加工機的線走行系系統，及控制如上述在承載線電極的線軸在滿線時，高重量線軸的線張力。
本發明就是要解決上述的習知技術中，因承載線電極的線軸在滿線的狀況時，依線電極的規格不同會有不同的滿線重量，依放電加工的過程隨時間逐漸重量減少，影響線電極拉力的大小與出線速度，而設計出一種可以調控平衡線電極張力與出線速度變化的機構，達到控制線張力與出線速度能保持衡定，達到減少因線張力變化波動幅度大產生振動的功能。
本發明係為一種線張力平衡控制裝置，主要包括，一轉軸為固定不移動的支撐點；一同方向直線形力臂的中間固鎖於該轉軸上；另一方向分支的直線形力臂的一端與該轉軸相連；該直線形力臂上各設有數個圓孔，使各該直線形力臂上可以分別懸掛不同配重物；於該直線形力臂一端上固定設置一承線物，將供線電極繞經該承線物的圓周外緣處；該承線物重量力矩，與搭配不同重量的該配重物的重量力矩，與該線電極之拉力力矩，以達成平衡狀態。本發明之另一線張力平衡控制裝置實施方式，係在該另一方向分支的直線形力臂的該圓孔上，設置一彈簧，該彈簧的另一端為固定端，以該彈簧的彈力扭力矩作用來平衡該線電極之拉力力矩。故本發明裝置可以達到控制該線張力與出線速度能保持衡定，達到減少因線張力變化波動幅度大產生振動的功能。
在第一圖習知的線切割放電加工機之控制線張力滾輪裝置的整體配置示意圖中，一出線滾輪10承載線電極50捲繞成綑，並出線至第一導輪12處，線電極50繞經線張力滾輪30與相鄰的第二導輪121之間，該線張力滾輪30係受到一包括伺服馬達22的線張力控制裝置20的控制驅動，該伺服馬達22係電連接至一位置回授裝置24，透過位置回授裝置24作為模式命令的切換訊息接收裝置，使該線張力控制裝置20可以對伺服馬達22送出位置控制模式或扭力控制模式或速度控制模式，讓伺服馬達22控制線張力滾輪30的動作；接著該線電極50依序貫穿一包含線切斷器42的線頭夾持裝置40，及一上機頭44、一被加工工件60、一下機頭46，至第三導輪122時該線電極50則轉向送入後收線滾輪組47，該後收線輪組47係由一後收線驅動馬達48驅動收線動作。
本發明之線張力平衡控制裝置將可以設置於該出線滾輪10至該線張力滾輪30中間，以平衡該線電極50的張力變化。
如第二圖為本發明線張力平衡控制裝置於配重零力矩，平衡狀態之機構位置示意圖，包括一轉軸70為固定不移動的支撐點；一中心線100為表示通過該轉軸70中心點的垂直線；一同方向直線形力臂80的中間固鎖於該轉軸70上，另一方向分支的直線形力臂81的一端相連至該轉軸70；該直線形力臂80及直線形力臂81上，皆分別有數個可以懸掛配重的圓孔82；於該直線形力臂81上的數個圓孔82中之一，懸掛一配重圓90，於此配重圓90零力矩平衡狀態時，該直線形力臂81的位置正位於該垂直中心線100上；於該直線形力臂80的一端上的數個圓孔82中之一，則懸掛一平衡配重圓91；於該直線形力臂80的另一端上固定設置一繩輪71，將供該線電極50繞經該繩輪71的圓周外緣處。
如第三圖本發明裝置的配重扭力矩機構位置示意圖所示，為本發明線張力平衡控制裝置位於配重扭力矩平衡狀態之機構位置，當該平衡控制裝置以轉軸70為固定不移動的支撐點，因發生逆時鐘方向的旋轉時，該直線形力臂81離開該垂直中心線100的位置；於該直線形力臂81上所懸掛該配重圓90的重量，就會產生順時鐘方向的扭力矩，依槓桿原理，將與該平衡配重圓91重量的扭力矩、該繩輪71重量的扭力矩，達到平衡狀態而靜止。
如第四圖本發明裝置配重零力矩作用平衡示意圖所示，當由該出線滾輪10的該線電極50繞經本發明線張力平衡控制裝置之該繩輪71上時，一向上的線拉力F將作用在該繩輪71上，因此對該轉軸70的支撐點發生逆時鐘方向扭力矩；同樣依槓桿原理，將與該平衡配重圓91重量的扭力矩、該繩輪71重量的扭力矩及與該配重圓90重量的扭力矩，將達到平衡狀態；若該直線形力臂81的位置仍在該垂直中心線100上，該直線形力臂81上所懸掛該配重圓90的重量扭力矩，則是在零力矩平衡狀態。
如第五圖本發明裝置配重扭力矩作用平衡示意圖所示，當該向上的線拉力F將作用在該繩輪71上，因此對轉軸70的支撐點發生逆時鐘方向扭力矩；依該線拉力F的大小，該平衡控制裝置以轉軸70為固定不移動的支撐點，在發生不同角度的逆時鐘方向旋轉時，該直線形力臂81離開該垂直中心線100的位置，該配重圓90垂直方向的重量W0，可產生平行於該直線形力臂80的分力W2，及垂直於該直線形力臂80的分力W1，該分力W1則產生順時鐘方向的扭力矩，同樣依槓桿原理，將與該線拉力F逆時鐘方向扭力矩、該平衡配重圓91重量的扭力矩、該繩輪71重量的扭力矩，達到平衡狀態。
本發明線張力平衡控制裝置的另一彈力扭力矩作用平衡實施例示意圖如第六圖，該分支的直線形力臂81的該圓孔82上，可以連接一彈簧92，該彈簧92的另一端為固定端，依彈簧力學的原理f=kX，其中
k：彈力常數
X：彈簧的變形量
因該線拉力F的大小形成不同的逆時鐘方向扭力矩，造成彈簧不同的變形量X，所以會產生不同大小彈力f及順時鐘方向扭力，以不同形式及材料的彈簧，匹配適合的彈力常數k以產生適合大小的彈力。所以可以模擬成為避震裝置的阻尼系統，該阻尼系統的動力微分方程式，可表示為
此方程式可以用來表示三種不同阻尼系統的狀態，1過阻尼系統(over damping)、2臨界阻尼系統(critical damping)、3欠阻尼系統(under damping)，在最佳的臨界阻尼系統狀態時，彈簧的彈力剛好做為緩衝以減低振動。
故本發明係為一種應用於線切割放電加工機中線電極之線張力平衡機構，調整不同配重圓重量與扭力矩的匹配，及以彈簧的彈力力矩來平衡線電極拉力力矩，依槓桿原理以控制線拉力能保持平衡，達到減少線張力與出線速度變化波動幅度大所產生的振動的功能。
綜合上述，本發明已藉由實施例加以說明，但並不以實施例的內容來限定本發明的精神，各種的變更形式與修飾，應依本發明申請專利範圍所定義者包涵。
(10)．．．出線滾輪
(12)．．．第一導輪
(121)．．．第二導輪
(122)．．．第三導輪
(20)．．．線張力控制裝置
(22)．．．伺服馬達
(24)．．．位置回授裝置
(30)．．．線張力滾輪
(40)．．．線頭夾持裝置
(42)．．．線切斷器
(44)．．．上機頭
(46)．．．下機頭
(47)．．．後收線滾輪組
(48)．．．後收線驅動馬達
(50)．．．線電極
(60)．．．工件
(70)．．．轉軸
(71)．．．繩輪
(80)．．．直線形力臂
(81)．．．直線形力臂
(82)．．．圓孔
(90)．．．配重圓
(91)．．．平衡配重圓
(92)．．．彈簧
(100)．．．垂直中心線
第一圖　習用的線切割放電加工機之控制線張力滾輪裝置整體配置示意圖
第二圖　本發明裝置的配重零力矩機構位置示意圖
第三圖　本發明裝置的配重扭力矩機構位置示意圖
第四圖　本發明裝置配重零力矩作用平衡示意圖
第五圖　本發明裝置配重扭力矩作用平衡示意圖
第六圖　本發明裝置彈力扭力矩作用平衡實施例示意圖
(10)．．．出線滾輪
(50)．．．線電極
(70)．．．轉軸
(71)．．．繩輪
(80)．．．直線形力臂
(81)．．．直線形力臂
(82)．．．圓孔
(90)．．．配重圓
(91)．．．平衡配重圓
(100)．．．垂直中心線

Claims (5)

  1. 一種線張力平衡控制裝置，主要包括，一轉軸為固定不移動的支撐點；一同方向直線形力臂的中間固鎖於該轉軸上；另一方向分支的直線形力臂的一端與該轉軸相連；各該直線形力臂上可以分別懸掛不同配重物；於該直線形力臂一端上固定設置一承線物，將供線電極繞經該承線物的外緣處；使該承線物重量力矩，與該配重物的重量力矩，與該線電極之線拉力力矩，以達成平衡狀態。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的線張力平衡控制裝置，該直線形力臂上設有圓孔以裝設配重物。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的線張力平衡控制裝置，該配重物係可分別為不同大小重量的配重圓。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的線張力平衡控制裝置，該承線物係為一繩輪。
  5. 一種線張力平衡控制裝置，主要包括，一轉軸為固定不移動的支撐點；一同方向直線形力臂的中間固鎖於該轉軸上；另一方向分支的直線形力臂的一端與該轉軸相連；一彈簧的一端連接至該分支的直線形力臂，該彈簧的另一端為固定端；於該直線形力臂一端上固定設置一承線物，將供線電極繞經該承線物的外緣處；使該承線物重量力矩、與該彈簧的彈力矩、與該線電極之線拉力力矩，以達成平衡狀態。
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